◆第５５回機械振興賞受賞者業績概要

ツイン投光差分方式表面検査装置
ＪＦＥスチ－ル株式会社
代表取締役社長 北 野
ＪＦＥスチール㈱ スチール研究所 ｻｲﾊﾞｰﾌｨｼﾞｶﾙｼｽﾃﾑ研究開発部
ＪＦＥスチール㈱ 知多製造所製造部
ＪＦＥスチール㈱ 知多製造所 企画部
ＪＦＥスチール㈱ 東日本製鉄所 京浜地区 厚板部
ＪＦＥスチール㈱ 東日本製鉄所 京浜地区 制御部

嘉 久

大 野 紘 明小 川 晃 弘山 崎 孝 博楯 真 沙 美飯 島 慶 次しリスクも大きく、検査の自動化が強く求めらはじめにれていた。

開発のねらい鉄鋼製品における表面品質、特に表面欠陥の有無は外観上や強度保証の観点から非常に重要である。自動車用の薄鋼板に関しては、表面性状黒皮鋼材を対象とした表面検査の自動化は鉄が均一であり欠陥と健全な部位の区別が容易で鋼業界共通の重要課題であり、過去に光学式、電あるため、主に光学式検査装置を用いた検査の磁気式、超音波式等様々な手法を用いた研究開自動化が進んできた。

発がされてきた。

一方、建築物やインフラ等に用いられる鋼管

しかしながらいずれの手法も酸化膜の無害なや厚鋼板では、未だ人による目視検査が主流で模様起因のノイズと欠陥との弁別や、振動などあった。検査の自動化を妨げる最大の課題としの悪環境下のエンジニアリングが課題となり、て、図１に示す通りこれらの鋼材には「黒皮」と実用化に至った報告例は存在しなかった。

呼ばれる無害な鉄の酸化膜が表面を覆い、酸化筆者らは本難題をブレイクスルーすべく、欠膜の模様と凹凸を持つ欠陥との区別が難しい点

陥と酸化膜の模様を、様々な角度で光をあてなが挙げられる。

がら観察した際に得られた知見から、酸化膜はそのため、欠陥の検出を目視検査に依存して凹凸が小さくほぼ平坦で投光方向により見え方いたが、長時間の過酷な労働に加えて欠陥見逃が変わらないが、欠陥は凹凸があり投光方向により見え方が異なる点に着目し、図２に示す新しい光学的手法を用いた「ツイン投光差分方式表面検査装置」を開発した。本装置は図３に示す通り 2 方向から投光して別々に撮像して差分を取ることにより酸化膜模様の信号を低減、陰影の異なる凹凸欠陥の信号のみ検出可能とした。

装置の概要
ツイン投光差分方式表面検査装置では検査対

図１ 黒皮鋼材と薄鋼板の表面の違い－ 13 －

ツイン投光差分方式表面検査装置

図４ 基本的なハードウェア構成図

図２ ツイン投光差分方式表面検査装置

後で赤熱した状態の検査対象を、カメラの撮像範囲を周方向に 3 分割し、それぞれ上流・下流から投光することでツイン投光差分方式を適用可能とし、検査対象の搬送に合わせて撮像することにより全 周全長 を検査 する。また、対象が800℃に赤熱した状態であるため、自発光によるノイズ除去のための赤外カットフィルタの設置や、冷却・粉塵への対応といったエンジニアリング対策を実施することで、高温材料の表面検査を実現した。
図３ ツイン投光差分方式の効果

厚鋼板の表面検査では図６に示す通り、幅方象となる黒皮鋼材の全表面を効率よく検査する

向に表裏面各 6 台のカメラを並べ、搬送に合わために、製造工程の搬送ライン上にセンサを固せて撮像することにより全面を検査する。厚鋼定し、搬送ライン上の移動する鋼材を検査する。

板で発生する有害欠陥の中には細長い欠陥もあ

このとき、欠陥検出部を構成しているカメラ・り、かつ、その向きの様々であることから、投光光源などの光学機器や画像処理装置の他に、図方向と欠陥の向きの関係次第では感度が低くな

４に示す通り検査対象の搬送装置、検査対象のる可能性がある。この対策として、各カメラに対位置を把握するための距離センサやエンコーして光源を 4 台設置し、幅方向と長手方向の 2ダ、撮像機器を制御するコントローラを用いて、組のツイン投光差分方式を適用する構成とし搬送される鋼材の全長を抜けなくオーバーラッた。

プさせて撮像し、鋼材全面を検査する装置を開発した。

電縫管とは、鋼板を管状に丸め、その継目を溶接することにより成形される鋼管である。この上記装置を検査対象や搬送条件ごとにカスタマイズし、様々な黒皮鋼材製造ラインに導入した。まず最も目視検査の環境が悪く、検査自動化のニーズが強かった鋼管の製造ラインを対象として実用化し、続いて厚鋼板や電縫管の製造ラインに導入した。
鋼管の表面検査では図５に示す通り、圧延直－ 14 －

図５ 鋼管を対象としたアプリケーション

◆第５５回機械振興賞受賞者業績概要を低減し、凹凸欠陥の信号のみ強調することが可能となった。

②得られた画像の中で凹形状の欠陥部位は独特の明暗パタンが発生し、さらに図８に示す通り、凸形状の部位と比較し明部と暗部の位置関係が逆転することを利用して凹と凸とを区別可能である。多くの場合、欠陥は凹形状であるため、凹となる明暗パタンのみ検出することによって、検査面上に付着している無害な異物の凸形状の信号や、欠陥でない微小な斜面が偶然

図６ 厚鋼板を対象としたアプリケーション

正反射条件となることにより発生する明またはとき、造管時に内面となってしまう面の目視検

暗のみの無害な信号との分離も容易である。

査が困難であるといった課題がある。そのため③移動中の検査対象に対して、位置ズレなく造管直前の原板表面を検査し、造管時に内面と異なる方向から投光した 2 枚の画像を取得する

なる鋼板面の欠陥を検出する。また図７に示す必要がある。そこで図９に示す光学系と図１０

通り、鋼板跳ね上がり時の設備との接触を考慮に示すチャートのように 1/10,000 秒差でストロし、搬送される鋼板直上の外に下流側光源を設ボの発光を切り替えて投光し、各投光に合わせ置、それに伴い視野を搬送方向に対して斜めとて高速に連続撮像することで、位置ズレのないなる領域とした。

2 画像の取得を実現した。本高速撮像技術は、光量を確保しつつ瞬時に投光して撮像するため、技術上の特徴

搬送中に発生する上下方向の鋼材振動影響も除去できるといった利点もあわせもつ。

黒皮鋼材表面検査の自動化を実現した新技術

さらに得られた欠陥画像から明暗パタンや欠「ツイン投光差分方式」の核となる重要な技術

陥の長さ、面積といった特徴量を抽出し、機械学として、① 2 方向からの投光と差分処理②画像習により構築された判定ロジックを用いて欠陥処理による明暗パタン検出③ストロボ投光の高の種類や、その欠陥が有害か無害かを判断する速切り替えが挙げられる。以下各技術の詳細を等、検出性能を高める様々な工夫により実用的説明する。

な表面検査を実現した。

①前述の通り異なる 2 方向から同一検査部位に各々投光して得られた 2 枚の画像の差分を取ることにより、凹凸のない酸化膜の模様の信号

図７ 電縫管を対象としたアプリケーション

図８ 明暗パタンによる凹凸識別－ 15 －

ツイン投光差分方式表面検査装置

概要：明暗パタンによる凹凸弁別に関する特許③日本国特許第 6064942 号
名称：表面欠陥検出方法及び表面欠陥検出装置
概要：明暗パタンの発生しにくい欠陥に対し効率的な検出に関する特許
図９ ツイン投光差分方式光学系

むすび
鉄鋼業で強いニーズがありつつも実現できておらず永遠の課題となっていた黒皮鋼材の表面検査の自動化に対して、「 ツイン投光差分方式表面検査装置」を開発、検査の自動化を実現した。
その結果、従来、目視により表面を検査していた製品において欠陥検出性能が向上、製品表面品
図１０ 高速撮像技術によるチャート質が向上した。

今後、本検査装置の他製造ラインへの展開を実用上の効果検討していくとともに、さらに検出性能の高い新表面検査技術の開発と実用化を進め、より一産業で幅広く利用される多種多様な黒皮鋼材層の製品品質向上に努めていく所存である。

に対し、従来目視依存であった表面検査を自動化する検査装置を実現、欠陥検出性能及び製品表面品質が飛躍的に向上した。その結果、お客様により信頼性の高い鉄鋼製品を提供することが可能となり、環境破壊や災害リスクの低減など安心した社会づくりに貢献している。

知的財産権の状況
本開発品の装置に関する特許登録は下記の通りである。
①日本国特許第 6040930 号
名称：表面欠陥検出方法及び表面欠陥検出装置
概要：高速撮像法を用いた二方向照射と差分処理に関する②日本国特許第 6119663 号
名称：表面欠陥検出方法及び表面欠陥検出装置－ 16 －